Qu'est-ce que la constante diélectrique

Chaque substance ou corps qui nous entoure possède certaines propriétés électriques. Cela est dû à la structure moléculaire et atomique : la présence de particules chargées dans un état mutuellement lié ou libre.

Lorsqu'aucun champ électrique externe n'agit sur la substance, ces particules sont réparties de manière à s'équilibrer et à ne pas créer de champ électrique supplémentaire dans tout le volume total. Dans le cas d'une application externe d'énergie électrique à l'intérieur des molécules et des atomes, une redistribution des charges se produit, ce qui conduit à la création de son propre champ électrique interne dirigé contre le champ externe.

Si le vecteur du champ externe appliqué est noté «E0», et celui interne «E '», alors le champ total «E» sera la somme de l'énergie de ces deux grandeurs.

En électricité, il est d'usage de diviser les substances en :

• fils;

• diélectriques.

Cette classification existe depuis longtemps, bien qu'elle soit assez arbitraire, car de nombreux corps ont des propriétés différentes ou combinées.

Conducteurs

Les transporteurs qui ont des frais gratuits sont utilisés comme conducteurs.Le plus souvent, les métaux agissent comme des conducteurs, car des électrons libres sont toujours présents dans leur structure, capables de se déplacer dans tout le volume de la substance et participant en même temps aux processus thermiques.

Lorsqu'un conducteur est isolé de l'action des champs électriques externes, un équilibre de charges positives et négatives y est créé à partir de réseaux ioniques et d'électrons libres. Cet équilibre est immédiatement détruit lorsque un conducteur dans un champ électrique - en raison de l'énergie à laquelle la redistribution des particules chargées commence et des charges déséquilibrées avec des valeurs positives et négatives apparaissent sur la surface extérieure.

Ce phénomène est généralement appelé induction électrostatique... Les charges qu'il charge à la surface des métaux sont appelées charges d'induction.

Les charges inductives formées dans le conducteur forment un champ propre E', qui compense l'effet de l'extérieur E0 à l'intérieur du conducteur. Par conséquent, la valeur du champ électrostatique total et total est compensée et égale à 0. Dans ce cas, les potentiels de tous les points à l'intérieur et à l'extérieur sont les mêmes.

La conclusion obtenue montre qu'à l'intérieur du conducteur, même avec un champ externe connecté, il n'y a pas de différence de potentiel et pas de champs électrostatiques. Ce fait est utilisé dans le blindage - l'application d'une méthode de protection électrostatique des personnes et des équipements électriques sensibles aux champs induits, en particulier les instruments de mesure de précision et la technologie des microprocesseurs.

Les vêtements et chaussures blindés en tissus à fils conducteurs, y compris les chapeaux, sont utilisés en électricité pour protéger le personnel travaillant dans des conditions de surtension créées par des équipements à haute tension.

Diélectriques

C'est le nom des substances qui ont des propriétés isolantes. Ils ne contiennent que des frais interconnectés, pas des cadeaux. Ils ont tous des particules positives et négatives liées dans un atome neutre, privé de liberté de mouvement. Ils sont répartis à l'intérieur du diélectrique et ne se déplacent pas sous l'action du champ extérieur appliqué E0.

Cependant, son énergie provoque toujours certains changements dans la structure de la substance - à l'intérieur des atomes et des molécules, le rapport des particules positives et négatives change, et à la surface de la substance, des charges associées excessives et déséquilibrées apparaissent, formant un champ électrique interne E'. Elle est dirigée contre la tension appliquée de l'extérieur.

Ce phénomène est appelé polarisation diélectrique... Il se caractérise par le fait qu'un champ électrique E apparaît à l'intérieur de la substance, formé par l'action de l'énergie externe E0, mais affaibli par l'opposition de l'interne E'.

Types de polarisation

Il est de deux types à l'intérieur des diélectriques :

1. orientation ;

2. électronique.

Le premier type porte le nom supplémentaire de polarisation dipolaire. Il est inhérent aux diélectriques avec des centres décalés aux charges négatives et positives, qui forment des molécules de dipôles microscopiques - un ensemble neutre de deux charges. Ceci est caractéristique de l'eau, du dioxyde d'azote, du sulfure d'hydrogène.

Sans l'action d'un champ électrique externe, les dipôles moléculaires de telles substances sont orientés de manière chaotique sous l'influence de processus à la température de fonctionnement. En même temps, il n'y a aucune charge électrique en aucun point du volume intérieur et sur la surface extérieure du diélectrique.

Cette image change sous l'influence de l'énergie appliquée de l'extérieur, lorsque les dipôles changent légèrement d'orientation et que des régions de charges liées macroscopiques non compensées apparaissent à la surface, formant un champ E' avec une direction opposée à l'E0 appliqué.

Avec une telle polarisation, la température a une grande influence sur les processus, provoquant un mouvement thermique et créant des facteurs de désorientation.

Polarisation électronique, mécanisme élastique

Il se manifeste dans les diélectriques non polaires - des matériaux d'un type différent avec des molécules dépourvues de moment dipolaire, qui, sous l'influence d'un champ extérieur, se déforment de sorte que les charges positives sont orientées dans la direction du vecteur E0, et les charges négatives sont orientées en sens inverse.

De ce fait, chacune des molécules agit comme un dipôle électrique orienté selon l'axe du champ appliqué. De cette manière, ils créent sur la surface extérieure leur champ E' avec la direction opposée.

Dans de telles substances, la déformation des molécules et donc la polarisation due à l'action d'un champ extérieur ne dépend pas de leur mouvement sous l'influence de la température. Le méthane CH4 peut être cité comme exemple de diélectrique non polaire.

La valeur numérique du champ interne des deux types de diélectriques change d'abord en amplitude directement proportionnelle à l'augmentation du champ externe, puis, lorsque la saturation est atteinte, des effets non linéaires apparaissent. Ils surviennent lorsque tous les dipôles moléculaires sont disposés le long des lignes de force des diélectriques polaires ou que des changements se sont produits dans la structure de la matière non polaire, en raison de la forte déformation des atomes et des molécules par une grande énergie appliquée de l'extérieur.

En pratique, de tels cas sont rares - généralement une défaillance ou une défaillance de l'isolation se produit plus tôt.

La constante diélectrique

Parmi les matériaux isolants, un rôle important est joué par les caractéristiques électriques et des indicateurs tels que la constante diélectrique... Elle peut être mesurée par deux caractéristiques différentes :

1. valeur absolue ;

2. valeur relative.

Le terme substances constantes diélectriques absolues εa est utilisé en référence à la notation mathématique de la loi de Coulomb. Il relie, sous forme de coefficient εα, les vecteurs d'induction D et d'intensité E.

Rappelons que le physicien français Charles de Coulomb, utilisant sa propre balance de torsion, a étudié les lois des forces électriques et magnétiques entre petits corps chargés.

La détermination de la perméabilité relative d'un milieu est utilisée pour caractériser les propriétés isolantes d'une substance. Il estime le rapport de la force d'interaction entre deux charges ponctuelles dans deux conditions différentes : dans le vide et dans un environnement de travail. Dans ce cas, les indices de vide sont pris égaux à 1 (εv = 1), alors que pour les substances réelles, ils sont toujours supérieurs, εr > 1.

L'expression numérique εr est représentée comme une quantité sans dimension expliquée par l'effet de polarisation dans les diélectriques et est utilisée pour évaluer leurs caractéristiques.

Valeurs constantes diélectriques des médias individuels (à température ambiante)

Substance ε Substance ε Sel de segment 6000 Diamant 5,7 Rutile (sur l'axe optique) 170 Eau 81 Polyéthylène 2,3 Éthanol 26,8 Silicium 12,0 Mica 6 Bécher en verre 5-16 Dioxyde de carbone 1,00099 NaCl 5,26 Vapeur aqueuse 1,0126 Benzène 2,322 Air (760 mmHg) 1,0005 7